(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の軌道輪の製造方法であって、
鋼から構成される成形体を準備する工程と、
前記成形体において前記軌道輪の転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置され、前記成形体を誘導加熱する誘導加熱部材を、前記環状領域の周方向に沿って相対的に回転させることにより、前記成形体にＡ１点以上の温度に加熱された環状の加熱領域を形成する工程と、
前記加熱領域全体をＭＳ点以下の温度に同時に冷却することにより、転走面焼入層を前記環状領域に沿って全周にわたって形成する工程と、
前記成形体において前記軌道輪の嵌め合い面となるべき領域の一部に面するように配置され、前記成形体を誘導加熱する他の誘導加熱部材を、前記嵌め合い面となるべき領域の周方向に沿って相対的に移動させるとともに、前記他の誘導加熱部材を追動する冷却部材により、前記他の誘導加熱部材によって加熱された領域を冷却することで嵌め合い面焼入層を形成する工程とを備えた、軌道輪の製造方法。
【請求項２】
前記加熱領域を形成する工程よりも前に、前記成形体に焼ならし処理を実施する工程をさらに備えた、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項３】
前記焼ならし処理を実施する工程では、前記成形体に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、前記成形体が冷却されつつショットブラスト処理が実施される、請求項２に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項４】
前記加熱領域を形成する工程よりも前に、前記成形体全体に焼入処理を実施した後、焼戻処理を実施する工程をさらに備えた、請求項１に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項５】
前記軌道輪は複列の転走面を含み、
前記転走面焼入層を形成する工程では、複列の前記加熱領域が同時にＭＳ点以下の温度に冷却される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項６】
前記加熱領域を形成する工程では、前記誘導加熱部材は、前記成形体の周方向に沿って相対的に２周以上回転する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項７】
前記加熱領域を形成する工程では、前記誘導加熱部材は、前記成形体の周方向に沿って複数個配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項８】
前記加熱領域を形成する工程では、前記加熱領域の複数箇所の温度が測定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項９】
前記成形体を準備する工程では、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される前記成形体が準備される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項１０】
前記成形体を準備する工程では、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンと、０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される前記成形体が準備される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法。
【請求項１１】
軌道輪を準備する工程と、
転動体を準備する工程と、
前記軌道輪と前記転動体とを組み合わせて転がり軸受を組み立てる工程とを備え、
前記軌道輪は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の軌道輪の製造方法により製造される、転がり軸受の製造方法。
【請求項１２】
前記転がり軸受は、風力発電装置において、ブレードに接続された主軸を前記主軸に隣接する部材に対して回転自在に支持する風力発電装置用転がり軸受として用いられる、請求項１１に記載の転がり軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軌道輪の製造方法および転がり軸受の製造方法に関し、より特定的には、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成するとともに、高周波焼入によって焼入硬化層を嵌め合い面に沿って形成することが可能な軌道輪および転がり軸受の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼からなる転がり軸受の軌道輪に対する焼入硬化処理として、高周波焼入が採用される場合がある。この高周波焼入は、軌道輪を炉内で加熱した後、油などの冷却液中に浸漬する一般的な焼入硬化処理に比べて、設備を簡略化できるとともに、短時間での熱処理が可能となるなどの利点を有している。
【０００３】
しかし、高周波焼入において、軌道輪の転走面に沿った焼入硬化すべき環状の領域を同時に加熱するためには、転走面に対向するように、当該軌道輪を誘導加熱するためのコイルなどの誘導加熱部材を配置する必要がある。そのため、大型の軌道輪を焼入硬化する場合、それに応じた大型のコイルや当該コイルに対応する大容量の電源が必要となり、焼入装置の製作コストが高くなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を回避する方策として、小型の誘導加熱コイルを用いた移動焼入が採用される場合がある。この移動焼入では、軌道輪において加熱すべき環状の領域の一部に対向して配置され、当該領域に沿って相対的に移動するコイルを用いて高周波誘導加熱を実施し、加熱された領域に対してコイルの通過直後に水などの冷却液を噴射することにより、当該領域を順次焼入硬化する。しかし、単にこの移動焼入を採用した場合、焼入が開始された領域（焼入開始領域）からコイルが一回りし、最後に焼入を実施すべき領域（焼入終了領域）を焼入硬化する際、焼入開始領域と焼入終了領域とが部分的に重複する。そのため、重複した領域が再焼入されることによる焼割れの発生が懸念される。また、上記重複した領域に隣接する領域は、焼入終了領域の加熱に伴ってＡ１点以下の温度に加熱されて焼戻されるため、硬度が低下するおそれもある。そのため、移動焼入が採用される場合、焼入開始領域と焼入終了領域との間に焼入を実施しない領域（ソフトゾーン）を残存させる対策が採られるのが一般的である。このソフトゾーンは、硬度が低いため降伏強度が低く、また耐摩耗性も不十分である。そのため、軌道輪にソフトゾーンを形成した場合、当該ソフトゾーンが負荷域とならないように配慮する必要がある。
【０００５】
これに対し、ソフトゾーンを形成する上記移動焼入を実施した後、ソフトゾーンに相当する領域を切除するとともに、当該領域に焼入を施した栓体を嵌め込む方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、硬度の低いソフトゾーンが残存することを回避することができる。
【０００６】
また、軌道輪の周方向反対向きに移動する２つのコイルを用いて、ソフトゾーンの形成を回避する方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この方法では、２つのコイルが互いに隣接するように配置された状態で焼入を開始し、再度衝合する位置で焼入を終了することにより、ソフトゾーンの形成を回避しつつ、再焼入される領域の発生をも回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７８２３号公報
【特許文献２】特開平６−２００３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、軌道輪を製造するための工数が大幅に増加するという問題がある。また、上記特許文献２に開示された方法では、最後に焼入される領域に焼入硬化に伴う残留応力が集中し、熱処理ひずみや焼割れの発生が懸念される。
【０００９】
また、軌道輪が他の部材に対して嵌め込まれて使用される場合、当該他の部材に接触する面である嵌め合い面にも高い硬度が要求される場合がある。一方、転走面を含む領域に高周波焼入によって焼入硬化層（転走面焼入層）が形成された軌道輪において、嵌め合い面に高い硬度を付与するためには、嵌め合い面を含む領域に対しても焼入硬化層（嵌め合い面焼入層）を形成する必要がある。しかし、転走面焼入層と嵌め合い面焼入層とを同時に形成するためには、焼入装置の構造が複雑となり当該装置の製作コストが高くなるという問題がある。また、転走面焼入層および嵌め合い面焼入層の一方を形成した後、他方を形成するプロセスを採用した場合、先に形成された焼入層が後の焼入層の形成時における加熱により焼き戻され、硬度が低下するという問題が発生する。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成するとともに、転走面の硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面にも焼入硬化層を形成することが可能な転がり軸受の軌道輪および転がり軸受の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に従った軌道輪の製造方法は、転がり軸受の軌道輪の製造方法である。この軌道輪の製造方法は、鋼から構成される成形体を準備する工程と、成形体において軌道輪の転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置され、成形体を誘導加熱する誘導加熱部材を、環状領域の周方向に沿って相対的に回転させることにより、成形体にＡ１点以上の温度に加熱された環状の加熱領域を形成する工程と、加熱領域全体をＭＳ点以下の温度に同時に冷却することにより、転走面焼入層を環状領域に沿って全周にわたって形成する工程と、成形体において軌道輪の嵌め合い面となるべき領域の一部に面するように配置され、成形体を誘導加熱する他の誘導加熱部材を、嵌め合い面となるべき領域の周方向に沿って相対的に移動させるとともに、当該他の誘導加熱部材を追動する冷却部材により、他の誘導加熱部材によって加熱された領域を冷却することで嵌め合い面焼入層を形成する工程とを備えている。
【００１２】
本発明の軌道輪の製造方法においては、転走面となるべき環状領域の一部に面するように配置された誘導加熱部材が周方向に沿って相対的に回転することにより、成形体に加熱領域が形成される。そのため、軌道輪の外形形状に対して小さい誘導加熱部材を採用することが可能である。その結果、大型の軌道輪を焼入硬化する場合でも、焼入装置の製作コストを抑制することができる。また、本発明の軌道輪の製造方法においては、加熱領域全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。そのため、焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって同時に形成することが可能となり、一部の領域に残留応力が集中することが抑制される。
【００１３】
さらに、本発明の軌道輪の製造方法においては、嵌め合い面となるべき領域の一部に面するように配置され、成形体を誘導加熱する他の誘導加熱部材を、嵌め合い面となるべき領域の周方向に沿って相対的に移動させるとともに、当該他の誘導加熱部材を追動する冷却部材により、他の誘導加熱部材によって加熱された領域を冷却することで嵌め合い面焼入層が形成される。嵌め合い面は、転走面とは異なり、必ずしも全周にわたって焼入硬化層を形成する必要はなく、周方向の一部に焼入硬化層が形成されない領域が形成されてもよい。そのため、上述のような移動焼入による嵌め合い面焼入層の形成が可能である。また、上記移動焼入においては、誘導加熱部材により加熱された領域が、加熱直後に冷却部材により冷却されるため、先に形成された転走面焼入層が嵌め合い面焼入層の形成時における加熱により焼き戻されて硬度が低下することも抑制される。
【００１４】
このように、本発明の軌道輪の製造方法によれば、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成するとともに、転走面の硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面にも焼入硬化層を形成することができる。
【００１５】
なお、Ａ１点とは鋼を加熱した場合に、鋼の組織がフェライトからオーステナイトに変態を開始する温度に相当する点をいう。また、Ｍｓ点とはオーステナイト化した鋼が冷却される際に、マルテンサイト化を開始する温度に相当する点をいう。
【００１６】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程よりも前に、成形体に焼ならし処理を実施する工程をさらに備えていてもよい。
【００１７】
高周波焼入により転走面を含む領域および嵌め合い面を含む領域が部分的に焼入硬化されて製造される軌道輪においては、焼入硬化されない領域（非硬化領域）においても所定の強度を確保可能な硬度を有している必要がある。そして、非硬化領域において所定の硬度を確保するためには、高周波焼入処理前に成形体（軌道輪）全体に焼入処理を実施した後、さらに焼戻処理を実施してもよい。しかし、炭素含有量が比較的高く、かつ焼入性の高い成分組成を有する鋼が素材として採用される場合、焼割れが発生しやすいという問題がある。一方、そのような成分組成の鋼からなる成形体においては、焼ならし処理により十分な硬度を確保することができる。そのため、上記焼入および焼戻による硬度の確保に代えて、焼ならし処理を高周波焼入の前に実施しておくことにより、非硬化領域に適切な硬度を付与することができる。
【００１８】
上記軌道輪の製造方法においては、焼ならし処理を実施する工程では、成形体に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、成形体が冷却されつつショットブラスト処理が実施されてもよい。
【００１９】
これにより、焼ならし処理の際の衝風冷却と同時にショットブラスト処理を実施することができる。そのため、焼きならし処理の加熱によって成形体の表層部に生成したスケールが除去され、スケールの生成に起因した軌道輪の特性低下やスケールの生成による熱伝導率の低下が抑制される。
【００２０】
上記軌道輪の製造方法においては、軌道輪は複列の転走面を含んでいてもよい。この場合、転走面焼入層を形成する工程では、複列の加熱領域が同時にＭＳ点以下の温度に冷却されることが好ましい。
【００２１】
軌道輪が複列の転走面を含む場合、一の転走面に転走面焼入層を形成した後、他の転走面に転走面焼入層を形成すると、先に形成された転走面焼入層が後に形成される転走面焼入層の形成に伴う加熱により焼戻され、硬度が低下する可能性がある。これに対し、複列の加熱領域が同時にＭＳ点以下の温度に冷却されて転走面焼入層が形成されることにより、上記転走面焼入層の硬度の低下が回避される。
【００２２】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、誘導加熱部材は、成形体の周方向に沿って相対的に２周以上回転してもよい。これにより、転走面の周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２３】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、誘導加熱部材は、成形体の周方向に沿って複数個配置されてもよい。これにより、転走面の周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２４】
上記軌道輪の製造方法においては、加熱領域を形成する工程では、加熱領域の複数箇所の温度が測定されてもよい。これにより、転走面の周方向において均質な加熱が実現されていることを確認した上で急冷して焼入硬化処理を実施することができる。その結果、転走面の周方向において均質な焼入硬化を実現することができる。
【００２５】
上記軌道輪の製造方法においては、成形体を準備する工程では、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される成形体が準備されてもよい。
【００２６】
また、上記軌道輪の製造方法においては、成形体を準備する工程では、０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンと、０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼から構成される成形体が準備されてもよい。
【００２７】
このような成分組成の鋼を素材として採用することにより、焼入硬化により十分に高い硬度を実現できるとともに、高い焼入性を確保しつつ焼割れを抑制することができる。
【００２８】
ここで、成形体を構成する鋼の成分範囲、すなわち製造される軌道輪を構成する鋼の成分範囲を上記の範囲とすることが好ましい理由について説明する。
【００２９】
炭素：０．４３質量％以上０．６５％質量％以下
炭素含有量は、焼入硬化後における軌道輪の転走面の硬度に大きな影響を与える。軌道輪を構成する鋼の炭素含有量が０．４３質量％未満では、焼入硬化後における転走面に十分な硬度を付与することが困難となるおそれがある。一方、炭素含有量が０．６５質量％を超えると、焼入硬化の際の割れの発生（焼割れ）が懸念される。そのため、炭素含有量は０．４３質量％以上０．６５％質量％以下とすることが好ましい。
【００３０】
珪素：０．１５質量％以上０．３５質量％以下
珪素は、鋼の焼戻軟化抵抗の向上に寄与する。軌道輪を構成する鋼の珪素含有量が０．１５質量％未満では、焼戻軟化抵抗が不十分となり、焼入硬化後の焼戻や、軌道輪の使用中における温度上昇により転走面の硬度が大幅に低下する可能性がある。一方、珪素含有量が０．３５質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、素材を軌道輪に成形する際の冷間加工における加工性が低下するおそれがある。そのため、珪素含有量は０．１５質量％以上０．３５質量％以下とすることが好ましい。
【００３１】
マンガン：０．６０質量％以上１．１０質量％以下
マンガンは、鋼の焼入性の向上に寄与する。マンガン含有量が０．６０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、マンガン含有量が１．１０質量％を超えると、焼入前の素材の硬度が高くなり、冷間加工における加工性が低下する。そのため、マンガン含有量は０．６０質量％以上１．１０質量％以下とすることが好ましい。
【００３２】
クロム：０．３０質量％以上１．２０質量％以下
クロムは、鋼の焼入性の向上に寄与する。クロム含有量が０．３０質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、クロム含有量が１．２０質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、クロム含有量は０．３０質量％以上１．２０質量％以下とすることが好ましい。
【００３３】
モリブデン：０．１５質量％以上０．７５質量％以下
モリブデンも、鋼の焼入性の向上に寄与する。モリブデン含有量が０．１５質量％未満では、この効果が十分に得られない。一方、モリブデン含有量が０．７５質量％を超えると、素材コストが高くなるという問題が生じる。そのため、モリブデン含有量は０．１５質量％以上０．７５質量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
ニッケル：０．３５質量％以上０．７５質量％以下
ニッケルも、鋼の焼入性の向上に寄与する。ニッケルは、軌道輪の外形が大きい場合など、軌道輪を構成する鋼に特に高い焼入性が求められる場合に添加することができる。ニッケル含有量が０．３５質量％未満では、焼入性向上の効果が十分に得られない。一方、ニッケル含有量が０．７５質量％を超えると、焼入後における残留オーステナイト量が多くなり、硬さの低下、寸法安定性の低下などの原因となるおそれがある。そのため、ニッケルは軌道輪を構成する鋼に０．３５質量％以上０．７５質量％以下の範囲で添加されることが好ましい。
【００３５】
本発明に従った転がり軸受の製造方法は、軌道輪を準備する工程と、転動体を準備する工程と、軌道輪と転動体とを組み合わせて転がり軸受を組み立てる工程とを備えている。そして、軌道輪は、上記本発明の軌道輪の製造方法により製造されている。
【００３６】
軌道輪を上記本発明の軌道輪の製造方法により製造することにより、本発明の転がり軸受の製造方法によれば、高周波焼入によって焼入硬化層が転走面に沿って全周にわたって均質に形成されるとともに、転走面の硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面にも焼入硬化層が形成された軌道輪を備える転がり軸受を低コストで製造することができる。
【００３７】
上記転がり軸受の製造方法においては、上記転がり軸受は、風力発電装置において、ブレードに接続された主軸を主軸に隣接する部材に対して回転自在に支持する風力発電装置用転がり軸受として用いられるものであってもよい。上述のように、大型の軌道輪の転走面および嵌め合い面を含む領域に焼入硬化層を低コストで形成可能な本発明の転がり軸受の製造方法は、風力発電装置用転がり軸受の製造方法として好適である。
【発明の効果】
【００３８】
以上の説明から明らかなように、本発明の軌道輪および転がり軸受の製造方法は、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成するとともに、転走面の硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面にも焼入硬化層を形成することが可能な軌道輪および転がり軸受の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】転がり軸受の外輪および転がり軸受の製造方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】転走面焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図３】図２の線分ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面を示す概略断面図である。
【図４】嵌め合い面焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図５】図４の線分Ｖ−Ｖに沿う断面を示す概略断面図である。
【図６】複列円すいころ軸受の構造を示す概略断面図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す概略部分断面図である。
【図８】実施の形態２における焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図９】実施の形態３における焼入硬化工程を説明するための概略図である。
【図１０】風力発電装置用転がり軸受を備えた風力発電装置の構成を示す概略図である。
【図１１】図１０における主軸用軸受の周辺を拡大して示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００４１】
（実施の形態１）
まず、本発明の一実施の形態である実施の形態１について説明する。以下、軌道輪の製造方法として主に外輪の製造方法について説明するが、内輪についても同様に製造することができる。
【００４２】
図１を参照して、本実施の形態における外輪の製造方法では、まず工程（Ｓ１０）として成形体準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、高周波焼入処理に適した任意の成分組成を有する鋼材、たとえば０．４３質量％以上０．６５質量％以下の炭素と、０．１５質量％以上０．３５質量％以下の珪素と、０．６０質量％以上１．１０質量％以下のマンガンと、０．３０質量％以上１．２０質量％以下のクロムと、０．１５質量％以上０．７５質量％以下のモリブデンとを含有し、残部鉄および不純物からなる鋼材が準備され、鍛造、旋削などの加工が実施されることにより、所望の外輪の形状に応じた形状を有する成形体が作製される。より具体的には、１０００ｍｍ以上の内径を有する外輪の形状に応じた成形体が作製される。ここで、製造すべき外輪が特に大きく、鋼により高い焼入性が求められる場合、上記合金成分に加えて０．３５質量％以上０．７５質量％以下のニッケルを添加した鋼材を採用してもよい。上記成分組成を満足する鋼としては、たとえばＪＩＳ規格ＳＵＰ１３、ＳＣＭ４４５、ＳＡＥ規格８６６０Ｈなどが挙げられる。
【００４３】
次に、工程（Ｓ２０）として、焼ならし工程が実施される。この工程（Ｓ２０）では、工程（Ｓ１０）において作製された成形体がＡ１変態点以上の温度に加熱された後、Ａ１変態点未満の温度に冷却されることにより焼ならし処理が実施される。このとき、焼ならし処理の冷却時における冷却速度は、成形体を構成する鋼がマルテンサイトに変態しない冷却速度、すなわち臨界冷却速度未満の冷却速度であればよい。そして、焼ならし処理後の成形体の硬度は、この冷却速度が大きくなると高く、冷却速度が小さくなると低くなる。そのため、当該冷却速度を調整することにより、所望の硬度を成形体に付与することができる。
【００４４】
次に、図１を参照して、転走面焼入硬化工程が実施される。この転走面焼入硬化工程は、工程（Ｓ３０）として実施される誘導加熱工程と、工程（Ｓ４０）として実施される冷却工程とを含んでいる。工程（Ｓ３０）では、図２および図３を参照して、誘導加熱部材としてのコイル２１が、成形体（外輪）１０において転動体が転走すべき面である転走面１１Ａ（環状領域）の一部に面するように配置される。ここで、コイル２１は、２列の転走面のそれぞれに面するように２つ配置される。
【００４５】
次に、成形体１１が中心軸周り、具体的には矢印αの向きに回転されるとともに、コイル２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１１の転走面１１Ａを含む表層領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１１Ａに沿った円環状の加熱領域１１Ｃが形成される。このとき、転走面１１Ａの表面の温度は、放射温度計などの温度計２２により測定され、管理される。
【００４６】
次に、工程（Ｓ４０）においては、工程（Ｓ３０）において形成された加熱領域１１Ｃを含む成形体１１全体に対して、たとえば冷却液としての水が噴射されることにより、２列の加熱領域１１Ｃ全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却される。これにより、加熱領域１１Ｃがマルテンサイトに変態し、硬化することにより転走面焼入層１１Ｃとなる。以上の手順により、高周波焼入が実施され、転走面焼入硬化工程が完了する。
【００４７】
次に、工程（Ｓ５０）として嵌め合い面焼入硬化工程が実施される。この工程（Ｓ５０）では、成形体１１において嵌め合い面１１Ｂを含む領域が焼入硬化される。具体的には、図４および図５を参照して、まず誘導加熱部材であるコイル２３と、コイル２３に隣接して配置される冷却部材としての冷却液噴射部２４とを備えた移動焼入装置２５が、嵌め合い面１１Ｂの一部に面するように配置される。次に、移動焼入装置２５が嵌め合い面１１Ｂに沿って周方向（矢印βの方向）に移動する。このとき、コイル２３に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１１の嵌め合い面１１Ｂのうちコイル２３に対向する領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱される。一方、冷却液噴射部２４からは、成形体１１の嵌め合い面１１Ｂに向けて冷却液が噴射される。その結果、嵌め合い面１１Ｂのうちコイル２３によりＡ１点以上の温度に誘導加熱された領域は、冷却液噴射部２４から噴射される冷却液によりＭＳ点以下の温度に冷却され、焼入硬化される。そして、このような焼入硬化処理が移動焼入装置２５の移動に伴って順次実施されることにより、図５に示すように嵌め合い面焼入層１１Ｄが形成される。
【００４８】
次に、工程（Ｓ６０）として焼戻工程が実施される。この工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ３０）〜（Ｓ５０）において部分的に焼入硬化された成形体１１が、たとえば炉内に装入され、Ａ１点以下の温度に加熱されて所定の時間保持されることにより、焼戻処理が実施される。
【００４９】
次に、工程（Ｓ７０）として仕上工程が実施される。この工程（Ｓ７０）では、たとえば転走面１１Ａに対して研磨加工などの仕上げ加工が実施される。以上のプロセスにより、外輪１１が完成し、本実施の形態における外輪の製造は完了する。その結果、１０００ｍｍ以上の内径を有し、高周波焼入によって転走面焼入層１１Ｃが転走面１１Ａに沿って全周にわたって均質に形成された外輪１１が完成する。
【００５０】
さらに、工程（Ｓ８０）として組立工程が実施される。この工程（Ｓ８０）では、上述のように作製された外輪１１と、上記外輪１１と同様に作製された内輪１２とが、別途準備されたころ１３、保持器１４などと組み合わされることにより、たとえば図６に示す複列円すいころ軸受１が組み立てられる。以上の手順により、本実施の形態における転がり軸受の製造方法は完了する。
【００５１】
ここで、本実施の形態における転がり軸受である複列円すいころ軸受１は、図６を参照して、環状の外輪１１と、外輪１１の内側に配置された環状の２つの内輪１２と、外輪１１と内輪１２との間に配置された複数の円すいころ１３とを備えている。外輪１１の内周面には２列の外輪転走面１１Ａが形成されており、２つの内輪１２のそれぞれの外周面には１列の内輪転走面１２Ａが形成されている。そして、一方の内輪１２の内輪転走面１２Ａが一方の外輪転走面１１Ａに対向し、他方の内輪１２の内輪転走面１２Ａが他方の外輪転走面１１Ａに対向するように、１つの外輪１１と２つの内輪１２とは配置されている。さらに、複数の円すいころ１３は、外輪転走面１１Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面１１Ａと内輪転走面１２Ａとに接触し、保持器１４によって保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより、２列の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。以上の構成により、複列円すいころ軸受１の外輪１１および内輪１２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００５２】
さらに、図６および図７を参照して、外輪１１および内輪１２は、１０００ｍｍ以上の内径を有している。この外輪１１および内輪１２は、転動体であるころ１３が転走すべき面である転走面１１Ａ，１２Ａを含むように転走面１１Ａ，１２Ａに沿って全周にわたって形成された転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと、ハウジングや軸などの他の部材に嵌め合う嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂを含むように嵌め合い面１１Ｂ，１２Ｂに沿って形成された嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄと、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄとの間に形成された非硬化領域１１Ｅ，１２Ｅとを備えている。そして、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄの厚みは転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃの厚みよりも小さくなっている。
【００５３】
本実施の形態における軌道輪（外輪１１）の製造方法においては、転走面１１Ａとなるべき環状領域の一部に面するように配置された誘導加熱部材であるコイル２１が周方向に沿って相対的に回転することにより、成形体１１に加熱領域１１Ｃが形成される。そのため、コイル２１を小型化して焼入装置の製作コストを抑制することができる。また、本実施の形態においては加熱領域全体がＭＳ点以下の温度に同時に冷却されるため、焼入硬化層を全周にわたって同時に形成することが可能となり、一部の領域に残留応力が集中することが抑制される。さらに、本実施の形態においては、上述のように移動焼入により嵌め合い面焼入層１１Ｄが形成されるため、コイル２３により加熱された領域が、加熱直後に冷却部材２４により冷却されるため、先に形成された転走面焼入層１１Ｃの硬度低下が抑制される。その結果、本実施の形態における軌道輪の製造方法によれば、焼入装置の製作コストを抑制しつつ、高周波焼入によって転走面焼入層１１Ｃを全周にわたって均質に形成するとともに、転走面１１Ａの硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面焼入層１１Ｄを形成することができる。また、本実施の形態における転がり軸受の製造方法によれば、高周波焼入によって転走面焼入層１１Ｃが転走面１１Ａに沿って全周にわたって均質に形成されるとともに、転走面１１Ａの硬度の低下を抑制しつつ嵌め合い面焼入層１１Ｄが嵌め合い面１１Ｂに沿って形成された軌道輪を備える複列円すいころ軸受１を低コストで製造することができる。
【００５４】
なお、上記工程（Ｓ２０）として実施される焼きならし工程は、本発明の軌道輪の製造方法において必須の工程ではないが、これを実施することにより焼割れの発生を抑制しつつ、ＪＩＳ規格ＳＵＰ１３、ＳＣＭ４４５、ＳＡＥ規格８６６０Ｈなどの鋼からなる成形体の硬度を調整することができる。
【００５５】
この工程（Ｓ２０）では、成形体１１に気体とともに硬質の粒子が吹き付けられることにより、成形体１１が冷却されつつショットブラスト処理が実施されてもよい。これにより、焼ならし処理の際の衝風冷却と同時にショットブラスト処理を実施することができるため、成形体１１の表層部に生成したスケールが除去され、スケールの生成に起因した外輪１１の特性低下やスケールの生成による熱伝導率の低下が抑制される。ここで、硬質の粒子（投射材）としては、たとえば鋼や鋳鉄などからなる金属製の粒子を採用することができる。
【００５６】
また、上記工程（Ｓ３０）では、成形体１１は少なくとも１回転すればよいが、周方向における温度のばらつきを抑制し、より均質な焼入硬化を実現するためには、複数回回転することが好ましい。すなわち、誘導加熱部材としてのコイル２１は、成形体１１の転走面１１Ａの周方向に沿って相対的に２周以上回転することが好ましい。
【００５７】
さらに、外輪１１および内輪１２においては、転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃと嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄとの間に非硬化領域１１Ｅ，１２Ｅが形成されるとともに、嵌め合い面焼入層１１Ｄ，１２Ｄの厚みが転走面焼入層１１Ｃ，１２Ｃの厚みよりも小さくなっている。これにより、外輪１１および内輪１２の転動疲労に対する耐久性が一層向上している。ここで、焼入層の厚み、すなわち誘導加熱により加熱される領域の厚みは、コイルに供給される電流の周波数、電源の出力などを調節することにより調整することができる。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における外輪の製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における外輪の製造方法は、工程（Ｓ３０）におけるコイル２１の配置において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００５９】
すなわち、図８を参照して、実施の形態２における工程（Ｓ３０）では、誘導加熱部材として一対のコイル２１が配置される。そして、成形体１１が矢印αの向きに回転されるとともに、コイル２１に対して電源（図示しない）から高周波電流が供給される。これにより、成形体１１の転走面１１Ａを含む表層領域がＡ１点以上の温度に誘導加熱され、転走面１１Ａに沿った円環状の加熱領域１１Ｃが形成される。
【００６０】
このように、コイル２１が成形体１１の周方向に沿って複数個（本実施の形態では２個）配置されることにより、実施の形態２における転がり軸受の外輪１１の製造方法は、周方向における温度のばらつきを抑制し、均質な焼入硬化を実現可能な軌道輪の製造方法となっている。また、周方向における温度のばらつきを一層抑制するためには、コイル２１は成形体１１の周方向において等間隔に配置されることが好ましい。
【００６１】
（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３における内輪の製造方法は、基本的には実施の形態１および２の場合と同様に実施され、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３における内輪の製造方法は、工程（Ｓ３０）における温度計２２の配置において、実施の形態１および２の場合とは異なっている。
【００６２】
すなわち、図９を参照して、実施の形態３における工程（Ｓ３０）では、加熱領域である転走面１１Ａの複数箇所（ここでは４箇所）の温度が測定される。より具体的には、実施の形態３の工程（Ｓ３０）では、成形体１１の転走面１１Ａの周方向に沿って等間隔に複数の温度計２２が配置され、周方向に等間隔な位置の温度が測定される。
【００６３】
これにより、転走面１１Ａの周方向において同時に複数箇所の温度が測定されるため、転走面１１Ａの周方向において均質な加熱が実現されていることを確認した上で成形体１１を急冷し、焼入硬化処理を実施することができる。その結果、実施の形態３における転がり軸受の外輪の製造方法によれば、転走面１１Ａの周方向において一層均質な焼入硬化を実現することができる。
【００６４】
なお、上記実施の形態においてはコイル２１を固定し、成形体１１を回転させる場合について説明したが、成形体１１を固定し、コイル２１を成形体１１の周方向に回転させてもよいし、コイル２１および成形体１１の両方を回転させることにより、コイル２１を成形体１１の周方向に沿って相対的に回転させてもよい。ただし、コイル２１には、コイル２１に電流を供給する配線などが必要であるため、上述のようにコイル２１を固定することが合理的である場合が多い。
【００６５】
また、上記実施の形態においては、軌道輪の一例として複列円すいころ軸受の外輪が製造される場合について説明したが、本発明を適用可能な軌道輪はこれに限られず、たとえばラジアル型転がり軸受の軌道輪であってもよいし、スラスト型軸受の軌道輪であってもよい。ここで、工程（Ｓ２０）において、たとえばラジアル型転がり軸受の内輪を加熱する場合、コイル２１を成形体の外周側に形成された転走面に面するように配置すればよい。また、工程（Ｓ２０）において、たとえばスラスト型転がり軸受の軌道輪を加熱する場合、コイル２１を成形体の端面側に形成された転走面に面するように配置すればよい。
【００６６】
さらに、成形体１１の周方向における誘導加熱部材としてのコイル２１の長さは、効率よく均質な加熱を実現するように適切に決定することができるが、たとえば加熱すべき領域の長さの１／１２程度、すなわち成形体（軌道輪）の中心軸に対する中心角が３０°となる程度の長さとすることができる。
【００６７】
また、周方向における温度のばらつきを抑制するためには、誘導加熱完了後、ＭＳ点以下の温度への冷却前に、成形体を加熱が停止された状態に保持する工程を設けることが好ましい。
【００６８】
（実施の形態４）
次に、本発明の転がり軸受の製造方法により製造された転がり軸受が風力発電装置用軸受（風力発電装置用転がり軸受）として用いられる実施の形態４について説明する。
【００６９】
図１０を参照して、風力発電装置５０は、旋回翼であるブレード５２と、ブレード５２の中心軸を含むように、一端においてブレード５２に接続された主軸５１と、主軸５１の他端に接続された増速機５４とを備えている。さらに、増速機５４は、出力軸５５を含んでおり、出力軸５５は、発電機５６に接続されている。主軸５１は、風力発電装置用転がり軸受である主軸用軸受３により、軸まわりに回転自在に支持されている。また、主軸用軸受３は、主軸５１の軸方向に複数個（図１０では２個）並べて配置されており、それぞれハウジング５３により保持されている。主軸用軸受３、ハウジング５３、増速機５４および発電機５６は、機械室であるナセル５９の内部に格納されている。そして、主軸５１は一端においてナセル５９から突出し、ブレード５２に接続されている。
【００７０】
次に、風力発電装置５０の動作について説明する。図１０を参照して、風力を受けてブレード５２が周方向に回転すると、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３によりハウジング５３に対して支持されつつ、軸まわりに回転する。主軸５１の回転は、増速機５４に伝達されて増速され、出力軸５５の軸まわりの回転に変換される。そして、出力軸５５の回転は、発電機５６に伝達され、電磁誘導作用により起電力が発生して発電が達成される。
【００７１】
次に、風力発電装置５０の主軸５１の支持構造について説明する。図１１を参照して、風力発電装置用転がり軸受としての主軸用軸受３は、風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の外輪３１と、外輪３１の内周側に配置された風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての環状の内輪３２と、外輪３１と内輪３２との間に配置され、円環状の保持器３４に保持された複数のころ３３とを備えている。外輪３１の内周面には外輪転走面３１Ａが形成されており、内輪３２の外周面には内輪転走面３２Ａが形成されている。そして、内輪転走面３２Ａが、外輪転走面３１Ａに対向するように、外輪３１と内輪３２とは配置されている。さらに、複数のころ３３は、２つの内輪転走面３２Ａのそれぞれに沿って、外輪転走面３１Ａと内輪転走面３２Ａとに、ころ接触面３３Ａにおいて接触し、かつ保持器３４に保持されて周方向に所定のピッチで配置されることにより複列（２列）の円環状の軌道上に転動自在に保持されている。また、外輪３１には、外輪３１を径方向に貫通する貫通孔３１Ｅが形成されている。この貫通孔３１Ｅを通して、外輪３１と内輪３２との間の空間に潤滑剤を供給することができる。以上の構成により、主軸用軸受３の外輪３１および内輪３２は、互いに相対的に回転可能となっている。
【００７２】
一方、ブレード５２に接続された主軸５１は、主軸用軸受３の内輪３２を貫通するとともに、外周面５１Ａにおいて内輪の内周面である嵌め合い面３２Ｆに接触し、内輪３２に対して嵌め込まれて固定されている。また、主軸用軸受３の外輪３１は、ハウジング５３に形成された貫通孔の内壁５３Ａに外周面である嵌め合い面３１Ｆにおいて接触するように嵌め込まれ、ハウジング５３に対して固定されている。以上の構成により、ブレード５２に接続された主軸５１は、内輪３２と一体に、外輪３１およびハウジング５３に対して軸まわりに回転可能となっている。
【００７３】
さらに、内輪転走面３２Ａの幅方向両端には、外輪３１に向けて突出する鍔部３２Ｅが形成されている。これにより、ブレード５２が風を受けることにより発生する主軸５１の軸方向（アキシャル方向）の荷重が支持される。また、外輪転走面３１Ａは、球面形状を有している。そのため、外輪３１と内輪３２とは、ころ３３の転走方向に垂直な断面において、当該球面の中心を中心として互いに角度をなすことができる。すなわち、主軸用軸受３は、複列自動調心ころ軸受である。その結果、ブレード５２が風を受けることにより主軸５１が撓んだ場合であっても、ハウジング５３は、主軸用軸受３を介して主軸５１を安定して回転自在に保持することができる。
【００７４】
そして、実施の形態４における風力発電装置用転がり軸受の軌道輪としての外輪３１および内輪３２は、上述の実施の形態１における外輪１１および内輪１２と同様の製造方法により製造され、同様の構造を有している。すなわち、外輪３１および内輪３２は、外輪１１および内輪１２と同様に、１０００ｍｍ以上の内径を有している。また、外輪３１および内輪３２は、転走面３１Ａ，３２Ａを含むように転走面３１Ａ，３２Ａに沿って全周にわたって形成された転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇと、他の部材であるハウジング５３に嵌め合う嵌め合い面３１Ｆ、あるいは他の部材である主軸５１に嵌め合う嵌め合い面３２Ｆを含むように嵌め合い面３１Ｆ，３２Ｆに沿って形成された嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈと、転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇと嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈとの間に形成された非硬化領域３１Ｉ，３２Ｉとを備えている。そして、嵌め合い面焼入層３１Ｈ，３２Ｈの厚みは転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇの厚みよりも小さくなっている。その結果、上記外輪３１および内輪３２は、転走面焼入層３１Ｇ，３２Ｇが転走面３１Ａ，３２Ａに沿って形成され、耐久性が向上した大型の転がり軸受の軌道輪となっている。また、上記外輪３１および内輪３２を備えた主軸用軸受３（自動調心ころ軸受）は、耐久性に優れた大型の転がり軸受となっている。
【００７５】
なお、本発明の軌道輪および転がり軸受は、大型の転がり軸受の軌道輪および当該軌道輪を備えた転がり軸受に好適である。上記実施の形態４においては、大型の転がり軸受の一例として風力発電装置用軸受について説明したが、他の大型の転がり軸受への適用も可能である。具体的には、たとえばＣＴスキャナのＸ線照射部が設置された回転架台を、当該回転架台に対向するように配置される固定架台に対して回転自在に支持するＣＴスキャナ用転がり軸受に、本発明の軌道輪および転がり軸受を好適に適用することができる。また、本発明の軌道輪および転がり軸受は、たとえば深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受、スラスト玉軸受など、任意の形態の軌道輪および転がり軸受に適用可能である。また、上記実施の形態においては、内輪および外輪の両方が本発明の軌道輪の製造方法により製造された軌道輪である場合について説明したが、本発明の転がり軸受はこれに限られず、内輪および外輪の一方が本発明の軌道輪の製造方法により製造されたものであってもよい。
【００７６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の軌道輪の製造方法および転がり軸受の製造方法は、高周波焼入によって焼入硬化層を転走面に沿って全周にわたって均質に形成することが求められる軌道輪の製造方法、および転がり軸受の製造方法に、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７８】
１  複列円すいころ軸受、３  主軸用軸受、１１  外輪（成形体）、１１Ａ  外輪転走面、１１Ｂ，１２Ｂ  嵌め合い面、１１Ｃ，１２Ｃ  転走面焼入層（加熱領域）、１１Ｄ，１２Ｄ  嵌め合い面焼入層、１１Ｅ，１２Ｅ  非硬化領域、１２  内輪、１２Ａ  内輪転走面、１３  ころ、１４  保持器、２１，２３  コイル、２２  温度計、２４  冷却液噴射部、２５  移動焼入装置、３１  外輪、３１Ａ  外輪転走面、３１Ｅ  貫通孔、３１Ｆ，３２Ｆ  嵌め合い面、３１Ｇ，３２Ｇ  転走面焼入層、３１Ｈ，３２Ｈ  嵌め合い面焼入層、３１Ｉ，３２Ｉ  非硬化領域、３２  内輪、３２Ａ  内輪転走面、３２Ｅ  鍔部、３３  ころ、３３Ａ  ころ接触面、３４  保持器、５０  風力発電装置、５１  主軸、５１Ａ  外周面、５２  ブレード、５３  ハウジング、５３Ａ  内壁、５４  増速機、５５  出力軸、５６  発電機、５９  ナセル。
【図１】
0005455031.tif 000002
【図２】
0005455031.tif 000003
【図３】
0005455031.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005455031.tif 000008
【図８】
0005455031.tif 000009
【図９】
0005455031.tif 000010
【図１０】
0005455031.tif 000011
【図１１】
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